[實(shí)用新型]壓電直線電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420571228.1
• 申請(qǐng)日: 2014-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204206019U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇釗;黃衛(wèi)清;王寅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/02
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

????本實(shí)用新型涉及壓電精密致動(dòng)應(yīng)儀器領(lǐng)域，具體是一種壓電直線電機(jī)。?

背景技術(shù)

壓電直線電機(jī)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，采用特定的結(jié)構(gòu)形式制成。這種電機(jī)具有微型化時(shí)效率高、能直接產(chǎn)生直線輸出、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、位置和速度控制精度高、無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足高新技術(shù)對(duì)精密定位技術(shù)的要求。當(dāng)前，研究者們已經(jīng)研發(fā)出種類(lèi)繁多的壓電直線電機(jī)，其中一些實(shí)現(xiàn)了商品化。?

根據(jù)壓電器件對(duì)驅(qū)動(dòng)足激振方式的不同，壓電直線電機(jī)可分為共振式和非共振式兩種：共振式壓電直線電機(jī)利用壓電元件激發(fā)定子彈性體的共振，從而得到放大的變形，再由這種變形來(lái)驅(qū)動(dòng)，主要有駐波型、行波型、聲表面波型及模態(tài)復(fù)合型等；非共振式壓電直線電機(jī)大都采用自身變形較大（可達(dá)微米級(jí)）的疊層式壓電元件作為驅(qū)動(dòng)元件，主要有直接驅(qū)動(dòng)式、尺蠖原理式、位移放大式及慣性沖擊式。?

在非共振式壓電直線電機(jī)中，直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)直接利用壓電元件的變形驅(qū)動(dòng)，位置分辨率高，輸出推力較大，但是行程較小；尺蠖原理式電機(jī)利用多個(gè)壓電元件間的特定關(guān)系的交替驅(qū)動(dòng)和箝位實(shí)現(xiàn)高精度步進(jìn)，具有大行程，但是該種電機(jī)對(duì)加工精度要求很高，輸出推力通常較小。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)由于壓電疊堆抗拉能力較弱，導(dǎo)致輸出推力與拉力相差大的問(wèn)題，提供了一種壓電直線電機(jī)，能夠在輸出方向同時(shí)提供較大的推力和拉力，二者大小相當(dāng)，并且能產(chǎn)生較大的行程。?

一種壓電直線電機(jī)，包括底板,底板上固定連接有雙向力輸出機(jī)構(gòu)、箝位機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),?雙向力輸出機(jī)構(gòu)包括十字交叉的活動(dòng)預(yù)緊桿和固定預(yù)緊桿,?固定預(yù)緊桿兩端分別連接有固定預(yù)緊塊,?活動(dòng)預(yù)緊桿兩端分別連接有活動(dòng)預(yù)緊塊,每個(gè)固定預(yù)緊塊與相鄰的活動(dòng)預(yù)緊塊之間均連接有壓電作動(dòng)單元；活動(dòng)預(yù)緊桿通過(guò)輸出軸與箝位機(jī)構(gòu)連接,?箝位機(jī)構(gòu)通過(guò)齒輪副與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。?

所述的壓電作動(dòng)單元包括一個(gè)壓電疊堆，壓電疊堆兩端通過(guò)弧形端面固定塊分別與固定預(yù)緊塊、活動(dòng)預(yù)緊塊連接。?

所述的雙向力輸出機(jī)構(gòu)通過(guò)定位塊與底板相連，雙向力輸出機(jī)構(gòu)與定位塊之間設(shè)有可調(diào)預(yù)緊螺釘。?

所述的箝位機(jī)構(gòu)包括螺桿，螺桿上依次穿有軸承卡環(huán)、軸承組、運(yùn)動(dòng)變向套筒、箝位套筒和箝位套筒端蓋，雙向力輸出機(jī)構(gòu)的輸出軸穿過(guò)軸承卡環(huán)與軸承組連接。箝位套筒與底板固定連接，箝位套筒內(nèi)設(shè)有套在螺桿上的空心齒輪，空心齒輪兩端分別連接有扭簧和啞鈴狀箝位塊，所述的啞鈴狀箝位塊穿過(guò)箝位套筒的中心通孔，箝位套筒兩凸起端分別卡在箝位套筒內(nèi)外，當(dāng)空心齒輪被帶動(dòng)時(shí)，通過(guò)扭簧傳遞扭力使啞鈴狀箝位塊在螺桿上運(yùn)動(dòng)。?

所述的啞鈴狀箝位塊包括通過(guò)螺紋固連的箝位螺母與箝位環(huán)。?

所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)座固連于底板上，包括依次相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪、齒輪軸，齒輪軸與箝位機(jī)構(gòu)中的空心齒輪連接。?

所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為超聲電機(jī)。?

壓電直線電機(jī)的工作方法，包括以下步驟：?

1）初始時(shí)負(fù)載通過(guò)螺桿作用于左側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)，左側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)變向套筒固連，又與雙向力輸出機(jī)構(gòu)的輸出軸相連，負(fù)載進(jìn)而作用于輸出軸上，各部件處于靜止?fàn)顟B(tài)；

2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空心齒輪，空心齒輪通過(guò)扭簧將扭轉(zhuǎn)力加在啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)上，啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)此時(shí)具有沿螺桿向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但左側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)b承受負(fù)載，扭簧的扭轉(zhuǎn)力不足以使其沿螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)的右箝位端面被箝位套筒端面卡死，也無(wú)法沿螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)；

3）靠近箝位機(jī)構(gòu)的壓電作動(dòng)單元伸長(zhǎng)，使輸出軸、運(yùn)動(dòng)變向套筒、左側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)以及螺桿產(chǎn)生向右的一個(gè)微小位移δ，此時(shí)右側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)的右箝位端面與箝位套筒脫離，此時(shí)由于沒(méi)有受到限位，右側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)將在扭簧扭轉(zhuǎn)力作用下沿螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并向左運(yùn)動(dòng)；

4）右側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)沿螺桿向左運(yùn)動(dòng)時(shí)受到箝位套筒的限位，停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)右側(cè)的啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)開(kāi)始承受螺桿上傳來(lái)的負(fù)載；

5）靠近箝位機(jī)構(gòu)的壓電作動(dòng)單元收縮直至恢復(fù)原長(zhǎng)，此時(shí)由于螺桿上的負(fù)載已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到右側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)上，左側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)與螺桿之間松開(kāi)，同時(shí)扭簧的扭轉(zhuǎn)力能夠帶動(dòng)左側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)，在運(yùn)動(dòng)變向套筒的作用下，左側(cè)啞鈴狀箝位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，并沿螺桿向左運(yùn)動(dòng)；

6）回到步驟2）進(jìn)行循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)都使螺桿向右推動(dòng)負(fù)載產(chǎn)生微小位移δ。

????本實(shí)用新型有益效果在于：?